AT516315B1 - heat storage - Google Patents

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AT516315B1
AT516315B1 ATA736/2014A AT7362014A AT516315B1 AT 516315 B1 AT516315 B1 AT 516315B1 AT 7362014 A AT7362014 A AT 7362014A AT 516315 B1 AT516315 B1 AT 516315B1
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Abstract

Wärmespeicher umfassend, einen Behälter (1), ein in dem Behälter (1) vorgesehenes erstes Medium (2) zum Speichern und/oder zum Transport von Wärme, ein in dem Behälter vorgesehenes zweites Medium (3) zum Speichern und/oder zum Transport von Wärme, einen ersten Wärmetauscher (4), der zumindest mit dem ersten Medium (2) in Kontakt steht, sodass bei vorliegen einer Temperaturdifferenz ein Wärmestrom zwischen dem ersten Medium (2) und dem ersten Wärmetauscher (4) erfolgt, einen zweiten Wärmetauscher (5), der zumindest mit dem zweiten Medium (3) in Kontakt steht, sodass bei vorliegen einer Temperaturdifferenz ein Wärmestrom zwischen dem zweiten Medium (3) und dem zweiten Wärmetauscher (5) erfolgt, wobei das erste Medium (2) eine höhere Dichte aufweist als das zweite Medium (3), wobei die beiden Medien (2, 3), also das erste Medium (2) und das zweite Medium (3), zwei ineinander nicht lösbare Stoffe sind, und wobei die beiden Medien (2, 3) direkt aneinander anliegend als Zweiphasensystem im Behälter (1) angeordnet sind.A heat storage device comprising a container (1), a first medium (2) provided in the container (1) for storing and / or transporting heat, a second medium (3) provided in the container for storing and / or transporting Heat, a first heat exchanger (4) which is in contact at least with the first medium (2), so that when there is a temperature difference between a heat flow between the first medium (2) and the first heat exchanger (4), a second heat exchanger (5 ), which is at least in contact with the second medium (3), so that when there is a temperature difference, a heat flow between the second medium (3) and the second heat exchanger (5), wherein the first medium (2) has a higher density than the second medium (3), wherein the two media (2, 3), that is, the first medium (2) and the second medium (3), are two non-dissolvable substances, and wherein the two media (2, 3) directly abutting each other as Zweipha Sensystem in the container (1) are arranged.

Description

Beschreibungdescription

WÄRMESPEICHERHEAT STORAGE

[0001] Die Erfindung betrifft einen Energie- oder Wärmespeicher umfassend einen Behälter, ein in dem Behälter vorgesehenes erstes Medium zum Speichern und/oder zum Transport von Wärme, ein in dem Behälter vorgesehenes zweites Medium zum Speichern und/oder zum Transport von Wärme, einen ersten Wärmetauscher, der zumindest mit dem ersten Medium in Kontakt steht, sodass bei vorliegen einer Temperaturdifferenz ein Wärmestrom zwischen dem ersten Medium und dem ersten Wärmetauscher erfolgt, einen zweiten Wärmetauscher, der zumindest mit dem zweiten Medium in Kontakt steht, sodass bei vorliegen einer Temperaturdifferenz ein Wärmestrom zwischen dem zweiten Medium und dem zweiten Wärmetauscher erfolgt.The invention relates to an energy or heat storage comprising a container, a container provided in the first medium for storing and / or transport of heat, provided in the container second medium for storing and / or transport of heat, a first heat exchanger, which is at least in contact with the first medium, so that when there is a temperature difference, a heat flow between the first medium and the first heat exchanger takes place, a second heat exchanger, which is at least in contact with the second medium, so if there is a temperature difference Heat flow between the second medium and the second heat exchanger takes place.

[0002] Wärmespeicher sind für unterschiedliche Anwendungen bekannt. Beispielsweise sind Pufferspeicher für Heizungsanlagen und ähnliche wärmetechnische Anlagen bekannt. Der Begriff Puffer(wärme)speicher stammt insbesondere aus der vorrangigen Anwendung, nämlich der Speicherung von Energie über einen relativ zum Jahr oder zur Saison kurzen Zeitraum. Der Wärmeeintrag in den Wärmespeicher kann gegebenenfalls in Menge und Leistung ebenso unterschiedlich sein wie die Wärmeentnahme aus diesem Speicher.Heat storage are known for different applications. For example, buffer storage for heating systems and similar thermal engineering systems are known. The term buffer (heat) memory comes in particular from the priority application, namely the storage of energy over a relative to the year or season short period. The heat input into the heat storage can optionally be as different in quantity and power as the heat removal from this memory.

[0003] Diese Pufferspeicher dienen insbesondere dazu, Wärme zu speichern und gegebenenfalls wieder abzugeben, um beispielsweise Wärmeertragsschwankungen oder Wärmebedarfsschwankungen auszugleichen.These buffers are used in particular to store heat and possibly give it back to compensate for example heat generation fluctuations or heat demand fluctuations.

[0004] Herkömmliche unter dem Namen Pufferspeicher bekannte Wärmespeicher umfassen einen Behälter, in dem ein Wärmespeichermedium wie beispielsweise Wasser vorgesehen ist. Ferner sind in dem Pufferspeicher mehrere Wärmetauscher vorgesehen, über die Wärme in das Wärmespeichermedium eingebracht oder aus dem Wärmespeichermedium entnommen werden kann. Beispielsweise ragen in den Behälter Wärmetauscher, um Wärme von Solarthermie-Paneelen oder von herkömmlichen Heizkesseln auf das Wärmespeichermedium zu übertragen. Darüber hinaus ragen Wärmetauscher in den Behälter, die zur Wärmeentnahme eingerichtet sind. Beispielsweise sind Wärmetauscher zur Speisung einer Zentralheizungsanlage oder für heißes Brauchwasser vorgesehen.Conventional known under the name buffer storage heat storage include a container in which a heat storage medium such as water is provided. Further, a plurality of heat exchangers are provided in the buffer memory, can be introduced via the heat in the heat storage medium or removed from the heat storage medium. For example, heat exchangers protrude into the container to transfer heat from solar thermal panels or conventional boilers to the heat storage medium. In addition, heat exchangers protrude into the container, which are set up for the removal of heat. For example, heat exchangers are provided for supplying a central heating system or for hot service water.

[0005] Gemäß Stand der Technik ist es zur Erhöhung der Wärmekapazität des Wärmespeichermediums bekannt, ein Phasenwechselspeichermedium zu verwenden, das insbesondere durch einen Phasenwechsel, also einen Wechsel des Aggregatzustandes, gegenüber Wasser im Bereich der Phasenwechseltemperatur eine stark erhöhte Wärmekapazität aufweist. Ein Beispiel für ein Phasenwechselspeichermedium ist Paraffin. Nachteilig an herkömmlichen Paraffin- Pufferspeichern ist, dass bei einer Entnahme der Wärme durch einen Wärmetauscher, das Paraffin zuerst in jenem Bereich aushärtet, in dem die Wärme entnommen wird - also im Bereich des Wärmetauschers. Dadurch packt festes Paraffin an dem Wärmetauscher an, was den Wärmeübergang beeinträchtigt und die Effizienz des Systems verschlechtert.According to the prior art, it is known to increase the heat capacity of the heat storage medium, to use a phase change storage medium, which in particular by a phase change, ie a change of state, compared to water in the phase change temperature has a greatly increased heat capacity. An example of a phase change storage medium is paraffin. A disadvantage of conventional paraffin-buffer storage is that when removing the heat through a heat exchanger, the paraffin first cures in the region in which the heat is removed - ie in the region of the heat exchanger. As a result, solid paraffin packs on the heat exchanger, which impairs the heat transfer and degrades the efficiency of the system.

[0006] Gemäß Stand der Technik sind Pufferspeicher bekannt, in denen Wasser vorgesehen ist, wobei in das Wasser in Kunststofffolien verpackte Beutel mit Paraffin eingebracht sind. Nachteilig an dieser Konstruktion ist, dass bekannte Phasenwechselspeichermedien wie beispielsweise Paraffin einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, wodurch bei beutelförmig aufgebauten Paraffinelementen die Gefahr besteht, dass diese platzen und dadurch die Effizienz des Systems verringern. Darüber hinaus ist auch durch die ungleichmäßige Verteilung der Paraffinbeutel die Effizienz verringert.According to the prior art buffer storage are known in which water is provided, wherein in the water in plastic films wrapped bags are introduced with paraffin. A disadvantage of this design is that known phase change storage media such as paraffin have a high coefficient of thermal expansion, which in bag-shaped paraffin elements there is a risk that they burst and thereby reduce the efficiency of the system. In addition, the uneven distribution of paraffin bags also reduces efficiency.

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es nun einen Wärmespeicher zu schaffen, der effizient arbeitet. Insbesondere soll ein Wärmespeicher geschaffen werden, der eine hohe Wärmekapazität bei geringer Baugröße aufweist und darüber hinaus eine effiziente und rasche Wärmeentnahme ermöglicht.The object of the invention is now to provide a heat storage that works efficiently. In particular, a heat storage is to be created, which has a high heat capacity with a small size and also allows efficient and rapid heat removal.

[0008] Die erfindungsgemäße Aufgabe wird insbesondere durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.The object of the invention is achieved in particular by the features of the independent claims.

[0009] Die Erfindung betrifft insbesondere einen Energie- oder Wärmespeicher umfassend einen Behälter, ein in dem Behälter vorgesehenes erstes Medium zum Speichern und/oder zum Transport von Wärme, ein in dem Behälter vorgesehenes zweites Medium zum Speichern und/oder zum Transport von Wärme, einen ersten Wärmetauscher, der zumindest mit dem ersten Medium in Kontakt steht, sodass bei vorliegen einer Temperaturdifferenz ein Wärmestrom zwischen dem ersten Medium und dem ersten Wärmetauscher erfolgt, einen zweiten Wärmetauscher, der zumindest mit dem zweiten Medium in Kontakt steht, sodass bei vorliegen einer Temperaturdifferenz ein Wärmestrom zwischen dem zweiten Medium und dem zweiten Wärmetauscher erfolgt, wobei das erste Medium eine höhere Dichte aufweist als das zweite Medium, wobei die beiden Medien, also das erste Medium und das zweite Medium, zwei ineinander nicht lösbare Stoffe sind, und wobei die beiden Medien direkt aneinander anliegend und/oder aufeinander als Zweiphasensystem im Behälter angeordnet sind.The invention particularly relates to an energy or heat storage comprising a container, a first medium provided in the container for storing and / or transporting heat, a second medium provided in the container for storing and / or transporting heat, a first heat exchanger, which is at least in contact with the first medium, so that there is a heat flow between the first medium and the first heat exchanger in the presence of a temperature difference, a second heat exchanger, which is at least in contact with the second medium, so if there is a temperature difference a heat flow between the second medium and the second heat exchanger takes place, wherein the first medium has a higher density than the second medium, wherein the two media, so the first medium and the second medium, two non-dissolvable substances, and wherein the two Media directly adjacent to each other and / or each other as Zw eiphase system are arranged in the container.

[0010] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass zwischen dem ersten Medium und dem zweiten Medium eine Grenzschicht gebildet ist, und dass bei vorliegen einer Temperaturdifferenz ein Wärmestrom zwischen dem ersten Medium und dem zweiten Medium über die Grenzschicht hinweg erfolgt.Optionally, it is provided that between the first medium and the second medium an interface layer is formed, and that when there is a temperature difference, a heat flow between the first medium and the second medium takes place across the boundary layer.

[0011] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass zumindest eines der beiden Medien ein Phasenwechselspeichermedium ist, dessen Phasenwechselpunkt im Betriebstemperaturbereich des Wärmespeichers liegt.Optionally, it is provided that at least one of the two media is a phase change storage medium whose phase change point is in the operating temperature range of the heat storage.

[0012] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das erste Medium ein Phasenwechselspeichermedium ist, dessen Phasenwechselpunkt zwischen flüssigem und festem Aggregatzustand im Betriebstemperaturbereich des Wärmespeichers liegt.Optionally, it is provided that the first medium is a phase change storage medium, the phase change point between the liquid and solid state of matter is in the operating temperature range of the heat storage.

[0013] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das erste Medium Paraffin ist oder enthält.Optionally, it is provided that the first medium is or contains paraffin.

[0014] Bevorzugt ist vorgesehen, dass das zweite Medium im Betriebstemperaturbereich im flüssigen Aggregatzustand vorliegt, oder dass das zweite Medium ein Phasenwechselspeichermedium ist, dessen Phasenwechselpunkt zwischen flüssigem und dampfförmigem Aggregatzustand außerhalb des Betriebstemperaturbereichs des Wärmespeichers liegt.It is preferably provided that the second medium is present in the operating temperature range in the liquid state, or that the second medium is a phase change storage medium, the phase change point between liquid and vapor state is outside the operating temperature range of the heat storage.

[0015] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das zweite Medium ein Phasenwechselspeichermedium ist, dessen Phasenwechselpunkt zwischen flüssigem und dampfförmigem Aggregatzustand im Betriebstemperaturbereich des Wärmespeichers liegt.Optionally, it is provided that the second medium is a phase change storage medium, the phase change point between liquid and vapor state in the operating temperature range of the heat storage is.

[0016] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das zweite Medium Alkohol ist oder enthält.Optionally, it is provided that the second medium is or contains alcohol.

[0017] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der erste Wärmetauscher mit einer Wärmequelle verbunden oder verbindbar ist, sodass ein Wärmeeintrag in den Wärmespeicher über den ersten Wärmetauscher erfolgt.Optionally, it is provided that the first heat exchanger connected to a heat source or is connectable, so that a heat input into the heat storage via the first heat exchanger.

[0018] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der zweite Wärmetauscher mit einer Wärmesenke verbunden oder verbindbar ist, sodass eine Wärmeentnahme aus dem Wärmespeicher über den zweiten Wärmetauscher erfolgt.Optionally, it is provided that the second heat exchanger connected to a heat sink or is connectable, so that a heat removal from the heat storage via the second heat exchanger.

[0019] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der erste Wärmetauscher in das erste Medium und zumindest teilweise auch in das zweite Medium ragt, sodass bei vorliegen einer Temperaturdifferenz ein Wärmestrom vom ersten Wärmetauscher direkt in beide Medien erfolgt.Optionally, it is provided that the first heat exchanger protrudes into the first medium and at least partially into the second medium, so that when there is a temperature difference, a heat flow from the first heat exchanger takes place directly in both media.

[0020] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der zweite Wärmetauscher entfernt von dem ersten Medium angeordnet ist oder entfernt von dem ersten Medium in das zweite Medium ragt, sodass keine direkte Berührung zwischen dem zweiten Wärmetauscher und dem ersten Medium gegeben ist.Optionally, it is provided that the second heat exchanger is remote from the first medium or remote from the first medium in the second medium protrudes, so that no direct contact between the second heat exchanger and the first medium is given.

[0021] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der erste Wärmetauscher einen von einem Wärmetauschermedium durchströmten ersten Wärmetauscherkanal umfasst und insbesondere als in den Behälter ragender Rohrwärmetauscher ausgebildet ist.Optionally, it is provided that the first heat exchanger comprises a flowed through by a heat exchanger medium first heat exchanger channel and is designed in particular as projecting into the container tube heat exchanger.

[0022] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der erste Wärmetauscher eine Wärmeabgabestrecke umfasst, entlang derer Wärme von dem ersten Wärmetauscher an die Wärmespeichermedien abgegeben wird, sodass ein den ersten Wärmetauscher durchströmendes Wärmetauschermedium zuerst einen ersten Wärmetauscherabschnitt und dann einen zweiten Wärmetauscherabschnitt durchströmt, und dass der erste Wärmetauscherabschnitt zumindest teilweise in das zweite Medium ragt oder mit dem zweiten Medium in Kontakt steht.Optionally, it is provided that the first heat exchanger comprises a heat dissipation path, along which heat is discharged from the first heat exchanger to the heat storage media, so that a heat exchanger medium flowing through the first heat exchanger first flows through a first heat exchanger section and then a second heat exchanger section, and that the first Heat exchanger portion projects at least partially into the second medium or is in contact with the second medium.

[0023] Beim dem erfindungsgemäßen Wärmespeicher ist bevorzugt das Energiespeichermedium, also das erste Medium, vom Entnahmewärmetauscher, also vom zweiten Wäremetauscher, durch eine Energietransferflüssigkeit, also das zweite Medium, getrennt. Die Wärmeübertragung vom Energiespeichermedium auf die Transferflüssigkeit findet bevorzugt in einer Medientrennschicht ohne feste Wärmetauscherfläche statt, wodurch auf eine feste Wärmetauscherwand in diesem Bereich verzichtet werden kann. Stattdessen wird bevorzugt eine mit dem Phasenwechselmedium schwer bzw. kaum mischbare Flüssigkeit als Wärmetransfermedium zwischen Phasenwechselmedium und dem Entnahmewärmetauscher eingeführt. Das hat zur Folge, dass sich verfestigende Phasenwechselmediumteile absetzen können, ohne dass der Wärmetausch an einer festen Fläche behindert wird.In the heat storage according to the invention is preferably the energy storage medium, ie the first medium, from the removal heat exchanger, ie from the second heat exchanger, separated by an energy transfer liquid, ie the second medium. The heat transfer from the energy storage medium to the transfer liquid preferably takes place in a media separation layer without a fixed heat exchanger surface, whereby a solid heat exchanger wall in this area can be dispensed with. Instead, it is preferable to introduce a liquid which is difficult or hardly mixable with the phase change medium as a heat transfer medium between the phase change medium and the removal heat exchanger. This has the consequence that solidifying phase change media parts can settle without the heat exchange is hindered on a fixed surface.

[0024] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind demnach in dem Behälter zumindest zwei Medien vorgesehen. Das erste Medium ist insbesondere dazu eingerichtet und geeignet Wärme zu speichern. Dieses erste Medium weist bevorzugt eine höhere Wärmekapazität auf als das zweite Medium. Die höhere Wärmekapazität wird insbesondere durch den im Betriebsbereich des Wärmespeichers liegenden Phasenwechselpunkt bewirkt. Wärme, kommend von einer Wärmequelle, wie beispielsweise von einer Solarthermieanlage oder von einem Heizkessel, wird über einen Wärmetauscher, insbesondere in das erste Medium eingebracht und darin gespeichert.According to a preferred embodiment, therefore, at least two media are provided in the container. The first medium is particularly adapted and capable of storing heat. This first medium preferably has a higher heat capacity than the second medium. The higher heat capacity is brought about in particular by the phase change point lying in the operating range of the heat accumulator. Heat, coming from a heat source, such as from a solar thermal system or from a boiler, is introduced via a heat exchanger, in particular into the first medium and stored therein.

[0025] Bevorzugt ist vorgesehen, dass das erste Medium und das zweite Medium als in einander nicht lösbare Medien ausgebildet sind. Als Beispiel für derartige Medien wird die Medienpaarungen Paraffin und Alkohol, oder ähnliche nicht ineinander lösbare Stoffe genannt. Bevorzugt sind die beiden Medien derart im Behälter angeordnet, dass keine oder nur eine geringe Durchmischung erfolgt.It is preferably provided that the first medium and the second medium are formed as non-detachable media. As an example of such media, the media pairings are called paraffin and alcohol, or similar non-dissolvable substances. Preferably, the two media are arranged in the container such that little or no mixing takes place.

[0026] Mögliche Medien/Mediumspaarungen: [0027] Erstes Medium: [0028] Phasenwechselmaterial z.B. Paraffin [0029] Schmelzbereich: 38 - 43^; (kann je nach Druck variieren) [0030] Dichte fest: 0,85kg/dm3 bei 25°C;Possible Media / Medium Pairings: First Medium: Phase Change Material, e.g. Paraffin Melting range: 38-43 ^; (may vary depending on pressure) Density fixed: 0.85kg / dm3 at 25 ° C;

[0031] Dichte flüssig: 0,76kg/dm3 bei 80 °CDensity liquid: 0.76 kg / dm3 at 80 ° C.

[0032] Zweites Medium: [0033] Wärmetransferflüssigkeit z.B. EthanolSecond Medium: Heat transfer liquid, e.g. ethanol

[0034] Dampfdruck 58 hPa bei 20 °CVapor pressure 58 hPa at 20 ° C.

[0035] Dichte bei 20°C: flüssig: 0,79kg/dm3 [0036] Dichte bei 80°: kleiner als 0,76 kg/dm3 [0037] Bevorzugter Betriebstemperaturbereich der obengenannten Mediumspaarung: etwa 20*0 bis 60 °C. Beispielhafter Duck in den Medien im Betriebstemperaturbereich: ca. 2bar bis 8bar; bevorzugt temperaturabhängig um etwa 6bar.Density at 20 ° C: liquid: 0.79 kg / dm 3 Density at 80 °: less than 0.76 kg / dm 3 Preferred operating temperature range of the above-mentioned pair of media: about 20 * 0 to 60 ° C. Exemplary duck in the media in the operating temperature range: about 2bar to 8bar; preferably temperature-dependent by about 6bar.

[0038] Der Schmelzbereich des ersten Mediums und der Dampfdruck des zweiten Mediums können je nach Inhaltsstoffen und/oder Druck-Temperatur-Paarung beeinflusst und verändert werden.The melting range of the first medium and the vapor pressure of the second medium can be influenced and changed depending on the ingredients and / or pressure-temperature pairing.

[0039] Zwischen jeweils zwei Medien ist bevorzugt eine Grenzschicht vorgesehen. In allen Ausführungsformen können die Medien, insbesondere das erste Medium und das zweite Medium, direkt aneinander anliegen. Bevorzugt sind keine Wände oder Membrane zwischen den Medien vorgesehen.Between each two media, a boundary layer is preferably provided. In all embodiments, the media, in particular the first medium and the second medium, may abut each other directly. Preferably, no walls or membranes are provided between the media.

[0040] Bevorzugt weisen die Medien unterschiedliche Dichten, insbesondere ausreichend stark voneinander abweichende Dichten auf, sodass das eine Medium auf einem weiteren Medium angeordnet werden kann, ohne dass eine selbsttätige, starke Durchmischung erfolgt. Beispielsweise weist das erste Medium eine höhere Dichte auf als das zweite Medium, wodurch das erste Medium im Behälter unterliegend angeordnet ist und das zweite Medium gegebenenfalls auf dem ersten Medium schwimmt.Preferably, the media have different densities, in particular sufficiently strongly divergent densities, so that the one medium can be arranged on another medium without an automatic, strong mixing takes place. For example, the first medium has a higher density than the second medium, whereby the first medium is arranged in the container underlying and the second medium optionally floats on the first medium.

[0041] Bevorzugt ist das erste Medium ein Phasenwechselspeichermedium oder ein Latentwärmematerial, das im Betriebstemperaturbereich des Wärmespeichers einen Phasenwechselpunkt aufweist.Preferably, the first medium is a phase change storage medium or a latent heat material having a phase change point in the operating temperature range of the heat storage.

[0042] Als Phasenwechselpunkt wird eine Temperatur-/Druckkombination oder ein Bereich (Schmelzbereich) einer Temperatur-/Druckkombination definiert, bei deren Über- oder Unter-schreitung das Medium zumindest teilweise seinen Aggregatzustand ändert.As a phase change point, a temperature / pressure combination or a range (melting range) of a temperature / pressure combination is defined, in whose overrun or undershoot the medium at least partially changes its state of aggregation.

[0043] Bevorzugt erfolgt im Betriebstemperaturbereich des Wärmespeichers bei dem ersten Medium ein Phasenwechsel von fest zu flüssig oder von flüssig zu fest. Als Beispiel für ein derartiges Phasenwechselspeichermedium wird Paraffin genannt, das im Betriebstemperaturbereich des Wärmespeichers im festen und/oder im flüssigen Aggregatzustand vorliegen kann. Verwendbare Phasenwechselspeichermedien, wie beispielsweise Paraffin, können folgende Vorteile aufweisen: chemisch inert, ungiftig, langszeitstabil und/oder hohe Wärmekapazität insbesondere bei der Phasenwechseltemperatur.Preferably takes place in the operating temperature range of the heat storage in the first medium, a phase change from solid to liquid or from liquid to solid. As an example of such a phase change storage medium paraffin is called, which may be present in the operating temperature range of the heat storage in the solid and / or in the liquid state. Usable phase change storage media, such as paraffin, may have the following advantages: chemically inert, non-toxic, slow-time stable, and / or high heat capacity, especially at the phase change temperature.

[0044] Bevorzugt sind die beiden Medien so gewählt, dass im Betriebstemperaturbereich in keinem der Aggregatzustände eine maßgebliche Durchmischung der beiden Medien auftritt. So kann beispielsweise das erste Medium fest oder flüssig sein, wobei sich das zweite Medium mit dem ersten Medium weder in dessen festem noch in dessen flüssigem Aggregatzustand löst.Preferably, the two media are chosen so that in the operating temperature range in any of the states of aggregation, a significant mixing of the two media occurs. For example, the first medium may be solid or liquid, with the second medium dissolving with the first medium neither in its solid nor in its liquid state of matter.

[0045] Insbesondere ist bevorzugt auch die Dichte des zweiten Mediums derart gewählt, dass sie (im Betriebstemperaturbereich des Wärmespeichers) in jedem Aggregatzustand des zweiten Mediums unterhalb der Dichte des ersten Mediums liegt. Dies bedeutet, das zweite Medium ist bevorzugt leichter als das erste Medium im festen Aggregatzustand und leichter als das erste Medium im flüssigen Aggregatzustand.In particular, the density of the second medium is preferably selected such that it is (in the operating temperature range of the heat accumulator) in each state of matter of the second medium below the density of the first medium. This means that the second medium is preferably lighter than the first medium in the solid state and lighter than the first medium in the liquid state.

[0046] Gegebenenfalls ist auch das zweite Medium ein Phasenwechselmedium, das im Betriebstemperaturbereich des Wärmespeichers einen Phasenwechselpunkt aufweist. Gegebenenfalls ist das zweite Medium jedoch ein Medium, das im Temperatureinsatzbereich des Wärmespeichers keinen Phasenwechselpunkt aufweist. Bevorzugt ist das zweite Medium im gesamten Temperatureinsatzbereich des Wärmespeichers in einem flüssigen Aggregatzustand oder zu großen Teilen in einem flüssigen Aggregatzustand, sodass der Wärmeübergang zwischen dem zweiten Medium und dem zweiten Wärmetauscher effizient erfolgt. Gegebenenfalls liegt beim zweiten Medium ein Phasenwechselpunkt im Betriebstemperaturbereich des Wärmespeichers vor, wobei insbesondere ein Phasenwechsel von flüssig zu dampfförmig oder von dampfförmig zu flüssig erfolgt.Optionally, the second medium is a phase change medium, which has a phase change point in the operating temperature range of the heat storage. Optionally, however, the second medium is a medium which has no phase change point in the temperature range of use of the heat accumulator. Preferably, the second medium in the entire temperature range of the heat storage in a liquid state of matter or in large parts in a liquid state of matter, so that the heat transfer between the second medium and the second heat exchanger is efficient. Optionally, the second medium is a phase change point in the operating temperature range of the heat accumulator, in particular, a phase change from liquid to vapor or from vapor to liquid.

[0047] Bevorzugt umfasst der erfindungsgemäße Wärmespeicher zumindest einen ersten Wärmetauscher. Dieser erste Wärmetauscher ist bevorzugt mit dem ersten Medium in Kontakt, sodass ein Wärmestrom zwischen dem ersten Medium und dem ersten Wärmetauscher erfolgen kann. Gegebenenfalls ist der erste Wärmetauscher auch in Kontakt mit dem zweiten Medium, sodass ein direkter Wärmestrom zwischen dem ersten Wärmetauscher und dem zweiten Medium erfolgen kann. Der Wärmestrom vom ersten Wärmetauscher zum ersten und/oder zweiten Medium erfolgt in dieser Ausführungsform insbesondere durch direkten Kontakt zwischen dem ersten Wärmetauscher und dem ersten und/oder dem zweiten Medium.Preferably, the heat accumulator according to the invention comprises at least a first heat exchanger. This first heat exchanger is preferably in contact with the first medium, so that a heat flow between the first medium and the first heat exchanger can take place. Optionally, the first heat exchanger is also in contact with the second medium, so that a direct heat flow between the first heat exchanger and the second medium can take place. The heat flow from the first heat exchanger to the first and / or second medium takes place in this embodiment in particular by direct contact between the first heat exchanger and the first and / or the second medium.

[0048] Gegebenenfalls weist der Wärmetauscher einen ersten Wärmetauscherkanal auf, durch den ein Wärmetauschermedium befördert wird oder ist. Dieses Wärmetauschermedium tritt an einer ersten Stelle des ersten Wärmetauschers in den Behälter ein, wird entlang einer Wärmeabgabestrecke durch den ersten Wärmetauscher und den Behälter geleitet und tritt an einer zweiten Stelle wieder aus.Optionally, the heat exchanger has a first heat exchanger channel through which a heat exchange medium is conveyed or is. This heat exchange medium enters the container at a first location of the first heat exchanger, is directed along a heat removal path through the first heat exchanger and the container, and exits at a second location.

[0049] Gegebenenfalls ist der Wärmetauscher als Rohrwärmetauscher ausgebildet, der ein Rohr bzw. ein spiralförmig oder mäanderförmig verlaufendes Rohr umfasst. Dieses Rohr tritt durch die Behälterwand des Behälters in den Behälter ein, ist in weiterer Folge durch zumindest eines der Medien geführt, und tritt an einer weiteren Stelle wieder durch die Behälterwand aus dem Behälter aus. Bevorzugt ist das Rohr des ersten Wärmetauschers im Bereich des Eintritts in den Behälter durch das zweite Medium geführt, sodass Wärme gegebenenfalls direkt an das zweite Medium abgegeben wird.Optionally, the heat exchanger is designed as a tube heat exchanger comprising a tube or a spiral or meandering extending tube. This tube enters the container through the container wall of the container, is subsequently guided through at least one of the media, and exits the container at a further point through the container wall. Preferably, the tube of the first heat exchanger is guided in the region of entry into the container by the second medium, so that heat is optionally delivered directly to the second medium.

[0050] In weiterer Folge erstreckt sich der Wärmetauscher, insbesondere das Rohr, durch den Behälter und in das erste Medium. Dabei durchtritt der Wärmetauscher bevorzugt die Grenzschicht zwischen den beiden Medien. Ferner tritt der Wärmetauscherkanal, insbesondere das Rohr, in einem weiteren Bereich, in dem bevorzugt das erste Medium vorgesehen ist, wieder aus dem Behälter aus.As a result, the heat exchanger, in particular the tube, extends through the container and into the first medium. In this case, the heat exchanger preferably passes through the boundary layer between the two media. Furthermore, the heat exchanger channel, in particular the tube, emerges again from the container in a further region in which the first medium is preferably provided.

[0051] Die in den Behälter eingebrachte Wärme wird insbesondere an das erste Medium abgegeben und dort gespeichert. Die Wärme der Wärmequelle wird indirekt über den ersten Wärmetauscher auf das erste Medium und weiter über die Grenzschicht an das zweite Medium übertragen. Ferner kommt es gegebenenfalls auch zu einem direkten Eintrag von Wärme des ersten Wärmetauschers in das zweite Medium, insbesondere in jenem Bereich, in dem gegebenenfalls ein Teil des ersten Wärmetauschers in das zweite Medium ragt oder mit diesem in Kontakt steht.The introduced into the container heat is released in particular to the first medium and stored there. The heat of the heat source is transferred indirectly via the first heat exchanger to the first medium and further via the boundary layer to the second medium. Furthermore, if appropriate, there is also a direct introduction of heat of the first heat exchanger into the second medium, in particular in that region in which, if appropriate, part of the first heat exchanger projects into or is in contact with the second medium.

[0052] Bevorzugt weist das Wärmetauschermedium beim Eintritt in den ersten Wärmetauscher eine höhere Temperatur auf als beim Austritt. Dadurch ist gegebenenfalls auch die Oberflächentemperatur des Wärmetauschers in Bereich des Eintritts höher als im Bereich des Austritts. Somit weist der erste Wärmetauscher gegebenenfalls einen heißen Bereich und einen kühleren Bereich auf. Insbesondere ist der heiße Bereich derart angeordnet, dass er in das zweite Medium und/oder in das erste Medium ragt.Preferably, the heat exchange medium on entering the first heat exchanger at a higher temperature than at the outlet. As a result, if appropriate, the surface temperature of the heat exchanger in the region of the inlet is higher than in the region of the outlet. Thus, the first heat exchanger optionally has a hot area and a cooler area. In particular, the hot region is arranged such that it projects into the second medium and / or into the first medium.

[0053] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein zweiter Wärmetauscher vorgesehen. Über diesen Wärmetauscher kann Wärme von einer Wärmesenke aus dem Wärmespeicher entnommen werden. Beispielsweise kann Wärme für heißes Brauchwasser oder für ein Zentralheizungssystem eines Haushaltes entzogen werden. Bevorzugt steht dieser zweite Wärmetauscher in Kontakt mit dem zweiten Medium.According to a preferred embodiment, a second heat exchanger is provided. Heat from a heat sink can be removed from the heat accumulator via this heat exchanger. For example, heat can be withdrawn for hot domestic water or for a central heating system of a household. Preferably, this second heat exchanger is in contact with the second medium.

[0054] Bevorzugt ist der Wärmetauscher ausschließlich mit dem zweiten Medium und nicht mit dem ersten Medium in Kontakt. Das zweite Medium wirkt in dieser Konfiguration hauptsächlich als Wärmeüberträger und gegebenenfalls nur nachrangig als Wärmespeicher. Durch diese Anordnung wird beispielsweise verhindert, dass das erkaltende, aushärtende erste Medium an den zweiten Wärmetauscher anpackt und somit die Effizienz verringert.Preferably, the heat exchanger is in contact exclusively with the second medium and not with the first medium. The second medium acts in this configuration mainly as a heat exchanger and possibly only as a secondary heat storage. By this arrangement, for example, prevents the cooling, hardening first medium to the second heat exchanger tackles and thus reduces the efficiency.

[0055] Gegebenenfalls sind weitere Wärmetauscher vorgesehen, die in Kontakt mit einem, beiden oder im Falle mehrerer Medien mit mehreren Medien in Kontakt stehen. Weitere Wärmetauscher können beispielsweise Wärme von einer Solaranlage, einem Heizkessel, einer Wärmepumpe oder ähnlichen Vorrichtungen an eines oder mehrere Medien übertragen. Gegebenenfalls können weitere Wärmetauscher jedoch auch Wärmetauscher zur Abfuhr von Wärme sein. Beispielsweise können getrennte Wärmetauscher für die Brauchwasserheizung und die Zentralheizung vorgesehen sein.Optionally, further heat exchangers are provided which are in contact with one, two or in the case of several media in contact with several media. For example, other heat exchangers may transfer heat from a solar system, a boiler, a heat pump, or similar devices to one or more media. Optionally, however, further heat exchangers can also be heat exchangers for dissipating heat. For example, separate heat exchangers may be provided for the domestic water heating and the central heating.

[0056] Alle Wärmetauscher, insbesondere der zweite Wärmetauscher, können ähnlich dem ersten Wärmetauscher ausgebildet sein und insbesondere einen Wärmetauscherkanal und ein Wärmetauschermedium umfassen. Gegebenenfalls können alle Wärmetauscher aller Ausführungsformen, insbesondere der zweite Wärmetauscher, als Rohrwärmetauscher ausgebildet sein.All heat exchangers, in particular the second heat exchanger, may be formed similarly to the first heat exchanger and in particular comprise a heat exchanger channel and a heat exchanger medium. Optionally, all the heat exchangers of all embodiments, in particular the second heat exchanger, may be formed as a tube heat exchanger.

[0057] Gegebenenfalls oder bevorzugt ist eine Ausgleichsvorrichtung vorgesehen. Diese Ausgleichsvorrichtung dient insbesondere dem Ausgleich der temperaturabhängigen Volumenausdehnung des oder der Medien. Insbesondere ein Phasenwechselmedium weist einen erhöhten Temperaturausdehnungskoeffizienten auf. Durch die Ausgleichsvorrichtung geschieht beispielsweise eine Beeinflussung des Drucks in dem Behälter. Gegebenenfalls kann es von Vorteil sein, wenn bei Erhitzung und Wärmeeintrag der Druck im Behälter steigt. Durch eine Erhöhung des Drucks verschieben in der Regel auch die Phasenwechselpunkte eines oder beider Medien. Beispielsweise kann durch eine Erhöhung des Drucks der Siedepunkt des zweiten Mediums erhöht werden, womit das zweite Medium auch bei erhöhter Temperatur in flüssiger Form vorliegt oder der Anteil der Dampfphase zumindest verringert ist. Die Ausgleichsvorrichtung kann als herkömmliche Ausgleichsvorrichtung ausgebildet sein, die beispielsweise einen mit Gas wie Druckluft gefüllten Ausgleichsbehälter umfasst, der mit dem Behälter in Fluidverbindung steht. Durch die Komprimierbarkeit des in dem Ausgleichsbehälter angeordneten Gases kann der Druck im Behälter bei Ausdehnung der Medien begrenzt, verringert oder zumindest gedämpft werden.Optionally or preferably, a compensation device is provided. This compensating device is used in particular to compensate for the temperature-dependent volume expansion of the or the media. In particular, a phase change medium has an increased temperature expansion coefficient. By the balancing device happens, for example, an influence of the pressure in the container. Optionally, it may be advantageous if the pressure in the container rises during heating and heat input. Increasing the pressure generally also shifts the phase change points of one or both media. For example, can be increased by increasing the pressure of the boiling point of the second medium, whereby the second medium is in liquid form, even at elevated temperature or the proportion of the vapor phase is at least reduced. The compensating device can be designed as a conventional compensating device, which comprises, for example, a compensating tank filled with gas, such as compressed air, which is in fluid communication with the container. Due to the compressibility of the gas arranged in the expansion tank, the pressure in the tank can be limited, reduced or at least damped as the media expands.

[0058] Die Wärmeübertragung von dem ersten Medium auf das zweite Medium erfolgt bevorzugt durch direkten Kontakt der beiden Medien miteinander. Insbesondere erfolgt der Wärmetransport über eine zwischen den beiden Medien vorgesehene, durch direkte Anlage der beiden Medien gebildete Grenzschicht. Die Wärmeübertragung geschieht insbesondere durch direkte Wärmeleitung des einen Mediums auf das andere. Gegebenenfalls erfolgt eine Wärmeübertragung auch über natürliche oder künstliche Konvektion. Beispielsweise bilden sich in dem ersten Medium, in dem zweiten Medium und/oder in dem Behälter Transportwalzen aus, entlang derer das oder die Medien eine Bewegung erfahren. Diese Transportwalzen können durch natürliche Konvektion, ohne fremde Anregung oder durch künstliche Konvektion, beispielsweise durch einen Rührer entstehen. Gegebenenfalls ist der Behälter derart ausgestaltet, dass eine thermische Bewegung oder Konvektion begünstigt ist.The heat transfer from the first medium to the second medium is preferably carried out by direct contact of the two media together. In particular, the heat transfer via a provided between the two media, formed by direct contact of the two media boundary layer. The heat transfer happens in particular by direct heat conduction of the one medium to the other. Optionally, heat transfer also occurs via natural or artificial convection. For example, transport rollers form in the first medium, in the second medium and / or in the container, along which the media or media undergo a movement. These transport rollers can be produced by natural convection, without external excitation or by artificial convection, for example by a stirrer. Optionally, the container is designed such that a thermal movement or convection is favored.

[0059] Gegebenenfalls sind in dem Behälter Leitmittel, wie beispielsweise Leitbleche oder Rohre vorgesehen. Diese Leitmittel dienen insbesondere dazu, den Wärmetransport zu verbessern. Bevorzugt wird der Wärmetransport dadurch verbessert, dass eine gezielte Steuerung von Transportwalzen bzw. der konvektiven Bewegungen verbessert wird.Optionally, guide means, such as baffles or pipes are provided in the container. These conductive agents serve in particular to improve the heat transfer. Preferably, the heat transfer is improved by a targeted control of transport rollers or the convective movements is improved.

[0060] Die Erkaltung und Aushärtung des Phasenwechselmediums, insbesondere des ersten Mediums, geschieht an der Grenzschicht, bevorzugt entfernt von festen Komponenten wie Rohren oder Wärmetauschern, sodass der obengenannte nachteilige Effekt des Standes der Technik verringert wird.The cooling and curing of the phase change medium, in particular the first medium, takes place at the boundary layer, preferably removed from solid components such as pipes or heat exchangers, so that the above-mentioned disadvantageous effect of the prior art is reduced.

[0061] Zumindest ein Teil der Wärmeübertragung vom ersten Wärmetauscher auf den zweiten Wärmetauscher erfolgt indirekt. Dazu wird Wärme vom ersten Wärmetauscher auf das erste Medium übertragen. Das erste Medium nimmt diese Wärme auf und speichert sie. Durch die direkte Anlage des ersten Mediums am zweiten Medium wird die Wärme vom ersten Medium auf das zweite Medium übertragen. Diese Übertragung erfolgt insbesondere über die Grenzschicht. Im zweiten Medium wird die übertragene Wärme aufgenommen und beispielsweise an den zweiten Wärmetauscher übertragen. In gewissem Maße wird die Wärme auch im zweiten Medium gespeichert.At least part of the heat transfer from the first heat exchanger to the second heat exchanger takes place indirectly. For this purpose, heat is transferred from the first heat exchanger to the first medium. The first medium absorbs this heat and stores it. Due to the direct contact of the first medium on the second medium, the heat is transferred from the first medium to the second medium. This transfer takes place in particular via the boundary layer. In the second medium, the transmitted heat is absorbed and transmitted, for example, to the second heat exchanger. To a certain extent, the heat is also stored in the second medium.

[0062] Eine Übertragung von Wärme erfolgt, wie in allen Ausführungsformen und auch in den Patentansprüchen angemerkt, physikalisch betrachtet insbesondere dann, wenn ein Temperaturunterschied der Wärmeüberträger vorliegt. Die Wärmeüberträger sind beispielsweise ein Wärmetauscher, ein Wärmetauscherfluid, ein Wärmetauschermedium, die genannten Medien, insbesondere das erste Medium, das zweite Medium und/oder andere Medien. So wird beispielsweise vom ersten Medium auf das zweite Medium nur dann Wärme übertragen, wenn ein Temperaturunterschied besteht, insbesondere, wenn das erste Medium eine höhere Temperatur aufweist, als das zweite Medium. Gegebenenfalls weisen die beiden Wärmeüberträger an ihren Oberflächen, Berührflächen oder Grenzschichten dieselben Temperaturen auf. Als Tem peraturdifferenz wird daher insbesondere eine Temperaturdifferenz der beiden Wärmeübertrager bezeichnet, durch die ein Wärmefluss entsteht oder gegeben ist.A transfer of heat, as noted in all embodiments and also in the claims, physically considered in particular when there is a temperature difference of the heat exchanger. The heat exchangers are, for example, a heat exchanger, a heat exchanger fluid, a heat exchanger medium, the media mentioned, in particular the first medium, the second medium and / or other media. Thus, for example, heat is only transferred from the first medium to the second medium when there is a temperature difference, in particular when the first medium has a higher temperature than the second medium. If appropriate, the two heat exchangers have the same temperatures on their surfaces, contact surfaces or boundary layers. Tem perature difference is therefore in particular a temperature difference of the two heat exchangers referred to, by which a heat flow is created or given.

[0063] Das zweite Medium überträgt Wärme an den zweiten Wärmetauscher. Insbesondere wird durch den zweiten Wärmetauscher Wärme aus dem zweiten Medium entnommen. Dadurch wird gegebenenfalls das zweite Medium gekühlt. Durch die Kühlung des zweiten Mediums kommt es gegebenenfalls zu einer Kühlung der Grenzschicht und insbesondere zur Kühlung des ersten Mediums.The second medium transfers heat to the second heat exchanger. In particular, heat is removed from the second medium by the second heat exchanger. As a result, the second medium is optionally cooled. By cooling the second medium, it may be necessary to cool the boundary layer and in particular to cool the first medium.

[0064] Geschieht eine Kühlung bis unterhalb des Phasenwechselpunktes des ersten Mediums, so entstehen an der Grenzschicht oder im Bereich der Grenzschicht Bereiche, in denen ein Phasenwechsel des ersten Mediums von flüssig zu fest erfolgt. Die festen Teile bzw. Volumenelemente des ersten Mediums weisen bevorzugt eine höhere Dichte auf als das erste Medium in seinem flüssigen Aggregatzustand. Dadurch sinken die festen Volumenteile bevorzugt Richtung Boden des Behälters. In diesem tieferliegenden Bereich des ersten Mediums liegt bei Entnahme von Wärme gegebenenfalls eine höhere Temperatur vor als im Bereich der Grenzschicht, womit die erstarrten Volumenteile wieder aufgeschmolzen werden. Der Wärmefluss zwischen den beiden Medien erfolgt über den Kontakt der beiden Medien, wobei zumindest das zweite Medium bevorzugt einen flüssigen Aggregatzustand aufweist. Bevorzugt weist auch das erste Medium zumindest teilweise einen flüssigen Aggregatzustand auf. Durch diese Anordnung wird vermieden, dass erstarrte Teile des ersten Mediums an Komponenten zur Wärmeentnahme anpacken und den Wärmeübergang verschlechtern.If a cooling takes place below the phase change point of the first medium, areas are formed at the boundary layer or in the region of the boundary layer in which a phase change of the first medium takes place from liquid to solid. The solid parts or volume elements of the first medium preferably have a higher density than the first medium in its liquid state of aggregation. As a result, the solid volume parts preferably sink towards the bottom of the container. In this deeper-lying region of the first medium, removal of heat may result in a higher temperature than in the region of the boundary layer, whereby the solidified volume parts are melted again. The heat flow between the two media via the contact of the two media, wherein at least the second medium preferably has a liquid state of matter. Preferably, the first medium also at least partially has a liquid state of matter. By this arrangement it is avoided that solidified parts of the first medium to tackle components for heat extraction and deteriorate the heat transfer.

[0065] Gegebenenfalls steht der erste Wärmetauscher sowohl mit dem ersten Medium als auch mit dem zweiten Medium in Kontakt. Gegebenenfalls ragt der erste Wärmetauscher durch die Grenzschicht von dem ersten Medium in das zweite Medium. Somit ist die Grenzschicht gegebenenfalls nicht komplett frei von festen Komponenten. Es kann Vorkommen, dass erstarrendes erstes Medium an diesem ersten Wärmetauscher anpackt. Jedoch ist der erste Wärmetauscher insbesondere zum Energieeintrag eingerichtet, womit in der Regel die Temperatur an oder im Bereich des ersten Wärmetauschers höher ist, als die Temperatur der Medien.Optionally, the first heat exchanger is in contact with both the first medium and the second medium. Optionally, the first heat exchanger protrudes through the boundary layer from the first medium into the second medium. Thus, the boundary layer may not be completely free of solid components. It can occur that solidifying first medium tackles this first heat exchanger. However, the first heat exchanger is set up in particular for the introduction of energy, as a rule the temperature at or in the region of the first heat exchanger is higher than the temperature of the media.

[0066] In allen Ausführungsformen stehen die beiden Medien bevorzugt in direktem Kontakt zueinander. Gegebenenfalls sind mehr als zwei Medien vorgesehen. Als Medium wird in diesem Zusammenhang ein Stoff zur Wärmespeicherung bzw. zur Wärmeübertragung bezeichnet. Insbesondere eignen sich dazu jene Stoffe, die zumindest in einem Teilbereich des Einsatztemperaturbereichs des Wärmespeichers in flüssiger Form vorliegen. Der Betriebstemperaturbereich des Wärmespeichers kann beispielsweise zwischen -lO'C und 150°C liegen. Bevorzugt liegt der Betriebstemperaturbereich des Wärmespeichers zwischen 1 °C und 100°C. Besonders bevorzugt liegt der Betriebstemperaturbereich zwischen etwa 5°C und 85 °C. Für die Anwendung als Pufferspeicher in einer Haus-Heizungsanlage liegt der Betriebstemperaturbereich beispielsweise zwischen 5°C und 85°C, wobei bei herkömmlichem Betrieb ein Betriebstemperaturbereich zwischen 20°C und 85°C und/oder zwischen 30°C und 60°C bevorzugt sind. Für die Anwendung als Pufferspeicher einer Haus-Heizungsanlage ist der Betriebstemperaturbereich insbesondere durch die Phasenübergangspunkte des zu erwärmenden Wassers begrenzt. So sollten in Rohrleitungssystemen Temperaturen von 85°C nicht überschritten und Temperaturen von 5°C nicht unterschritten werden.In all embodiments, the two media are preferably in direct contact with each other. Optionally, more than two media are provided. As a medium in this context, a substance for heat storage or heat transfer is referred to. In particular, those substances which are present in liquid form at least in a partial region of the operating temperature range of the heat accumulator are suitable for this purpose. The operating temperature range of the heat accumulator may be, for example, between -10 ° C and 150 ° C. The operating temperature range of the heat accumulator is preferably between 1 ° C and 100 ° C. More preferably, the operating temperature range is between about 5 ° C and 85 ° C. For use as a buffer in a home heating system, the operating temperature range is for example between 5 ° C and 85 ° C, with an operating temperature range between 20 ° C and 85 ° C and / or between 30 ° C and 60 ° C are preferred in conventional operation , For use as a buffer memory of a domestic heating system, the operating temperature range is limited in particular by the phase transition points of the water to be heated. In piping systems temperatures of 85 ° C should not be exceeded and temperatures below 5 ° C should not be exceeded.

[0067] Bevorzugte Druckbereiche des oder der Medien zum Speichern und/oder zum Transport von Wärme können zwischen 1bar(Umgebungsdruck und beispielsweise 10bar liegen. Besonders bevorzugt sind Drücke zwischen 3 und 8bar, oder um 6bar. Durch Erhöhung des Drucks können die Phasenwechselpunkte der Medien oder des Mediums verschoben werden. Beispielsweise kann es vorteilhaft sein, durch Erhöhung des Drucks im Behälter, insbesondere auf beispielsweise etwa 2-8 bar, die Siedetemperatur des zweiten Mediums zu erhöhen. Der Druck der Medien im Behälter kann vom Druck des Wärmetauschermediums abweichen.Preferred pressure ranges of the medium (s) for storing and / or transporting heat may be between 1 bar (ambient pressure and, for example, 10 bar.) Pressures between 3 and 8 bar or around 6 bar are preferred For example, it can be advantageous to increase the boiling temperature of the second medium by increasing the pressure in the container, in particular, for example, to about 2-8 bar The pressure of the media in the container may deviate from the pressure of the heat exchanger medium.

[0068] Bevorzugt ist der Behälter als geschlossener Behälter ausgebildet. Gegebenenfalls ist die Behälterwand starr. Gegebenenfalls steht mit dem Behälter eine Ausgleichsvorrichtung in Fluidverbindung. Insgesamt ist der Energiespeicher jedoch bevorzugt als im Wesentlichen geschlossenes System, bevorzugt umfassend einen geschlossenen Behälter und eine geschlossene Ausgleichsvorrichtung ausgebildet. In dieses geschlossene System ragen bevorzugt ein oder mehrere Wärmetauscher. Die Wärmetauscher umfassen bevorzugt Wärmetauscherkanäle, durch die ein oder mehrere Wärmetauschermedien zur Entnahme oder Einbringung von Wärmeenergie hindurchgeführt sein können. Der Behälter weist beispielsweise eine Tonnenform, eine Zylinderform oder eine Quaderform auf.Preferably, the container is designed as a closed container. Optionally, the container wall is rigid. Optionally, a balancing device is in fluid communication with the container. Overall, however, the energy store is preferably designed as a substantially closed system, preferably comprising a closed container and a closed compensating device. In this closed system preferably protrude one or more heat exchangers. The heat exchangers preferably include heat exchange channels through which one or more heat exchange media may be passed for removal or introduction of heat energy. The container has, for example, a barrel shape, a cylindrical shape or a cuboid shape.

[0069] In allen Ausführungsformen kann der zweite Wärmetauscher derart angeordnet sein, dass er innerhalb des Behälters vollständig von dem zweiten Medium umgeben ist. Das zweite Medium wirkt insbesondere als Transfermedium oder als Transferflüssigkeit. Das zweite Medium nimmt Wärme aus dem ersten Medium auf und kühlt dieses dadurch ab. Das abgekühlte erste Medium kann daraufhin, sogar wenn es fest wird, feste Elemente enthält oder teilweise verfestigt ist, problemlos absinken. Nachströmende, noch warme, nicht fest gewordene Teile des ersten Mediums können aufsteigen, insbesondere um Wärme an das zweite Medium zu übertragen.In all embodiments, the second heat exchanger may be arranged such that it is completely surrounded within the container by the second medium. The second medium acts in particular as a transfer medium or as a transfer liquid. The second medium absorbs heat from the first medium and thereby cools it. The cooled first medium may then readily fall, even when solid, containing solid elements or partially solidified. After-flow, still warm, not solidified parts of the first medium can rise, in particular to transfer heat to the second medium.

[0070] In allen Ausführungsformen kann zumindest einer oder zumindest zwei Wärmetauscher vorgesehen sein. Die Wärmetauscher sind bevorzugt metallische Wärmetauscher. Der erste Wärmetauscher, der insbesondere als Ladewärmetauscher ausgebildet ist, befindet sich im Bereich des ersten Mediums. Der zweite Wärmetauscher, der insbesondere als Entladewärmetauscher ausgebildet ist, befindet sich im Bereich des zweiten Mediums.In all embodiments, at least one or at least two heat exchangers may be provided. The heat exchangers are preferably metallic heat exchangers. The first heat exchanger, which is designed in particular as a charging heat exchanger, is located in the region of the first medium. The second heat exchanger, which is designed in particular as Entladewärmetauscher, is located in the region of the second medium.

[0071] In allen Ausführungsformen können beide Wärmetauscher, der erste Wärmetauscher und der zweite Wärmetauscher mit Strömungsleiteinrichtungen versehen sein, welche einen gewünschten Thermikstrom, insbesondere eine gewünschte Konvektion einstellen.In all embodiments, both heat exchangers, the first heat exchanger and the second heat exchanger may be provided with Strömungsleiteinrichtungen which set a desired thermal current, in particular a desired convection.

[0072] In allen Ausführungsbeispielen kann Wärme über den Ladewärmetauscher in das erste Medium, das insbesondere ein Phasenwechselmedium wie beispielsweise Paraffin ist, eingebracht werden. Das erste Medium wird dadurch geschmolzen und aufgeheizt und insbesondere mit Wärme beladen.In all embodiments, heat can be introduced via the charging heat exchanger into the first medium, which is in particular a phase change medium such as, for example, paraffin. The first medium is thereby melted and heated and in particular loaded with heat.

[0073] In allen Ausführungsbeispielen kann das erste Medium (z.B. Energiespeichermedium) vom zweiten Wärmetauscher (z.B. Entladewärmetauscher) durch das zweite Medium (z.B. Transferflüssigkeit) getrennt sein. Die Wärmeübertragung vom ersten Medium auf das zweite Medium findet bevorzugt in der Grenzschicht, insbesondere in der Medien-Trennschicht statt, wobei zur Wärmeübertragung vom ersten Medium auf das zweite Medium keine feste Wärmetauscherfläche vorgesehen ist.In all embodiments, the first medium (e.g., energy storage medium) may be separate from the second heat exchanger (e.g., discharge heat exchanger) by the second medium (e.g., transfer fluid). The heat transfer from the first medium to the second medium preferably takes place in the boundary layer, in particular in the media separation layer, wherein no solid heat exchange surface is provided for the heat transfer from the first medium to the second medium.

[0074] In allen Ausführungsformen kann das zweite Medium eine wesentlich geringere Dichte als das erste Medium aufweisen, sodass das zweite Medium unabhängig vom Aggregatzustand des ersten Mediums stets im oberen Teil des Behälters vorgesehen oder angeordnet ist.In all embodiments, the second medium may have a substantially lower density than the first medium, so that the second medium is always provided or arranged independently of the state of aggregation of the first medium in the upper part of the container.

[0075] In allen Ausführungsformen befindet sich zwischen den Medien, insbesondere zwischen dem ersten Medium und dem zweiten Medium eine im Wesentlichen waagrecht verlaufende Grenzschicht. Gegebenenfalls kann diese Grenzschicht durch Konvektion, insbesondere natürlich oder künstliche Konvektion von einer ebenen Form abweichen. Jedoch verläuft die Grenzschicht, auch wenn diese durch Verwirbelungen oder Einschlüsse eine gewisse Rauigkeit aufweist, im Wesentlichen waagrecht.In all embodiments, there is a substantially horizontally extending boundary layer between the media, in particular between the first medium and the second medium. Optionally, this boundary layer can deviate from a planar shape by convection, in particular natural or artificial convection. However, even though it has some roughness due to turbulence or inclusions, the boundary layer is substantially horizontal.

[0076] In allen Ausführungsformen kann beim Entladen des Speichers, also bei dem Entziehen von Wärme aus dem zweiten Medium das zweite Medium abgekühlt werden. Abgekühlte Teilvolumenbereiche sinken durch Dichteänderungen in dem zweiten Medium nach unten, wodurch nachströmendes, wärmeres zweites Medium in den oberen Bereich des zweiten Mediums nachströmen kann. Bevorzugt ist in allen Ausführungsformen der zweite Wärmetauscher im oberen Bereich des zweiten Mediums vorgesehen.In all embodiments, when discharging the memory, that is, when removing heat from the second medium, the second medium can be cooled. Cooled partial volume ranges decrease by density changes in the second medium down, whereby nachströmendes, warmer second medium can flow into the upper region of the second medium. In all embodiments, the second heat exchanger is preferably provided in the upper region of the second medium.

[0077] In allen Ausführungsformen kann ein Rührwerk bzw. ein Rührer vorgesehen sein, der insbesondere dazu geeignet oder eingerichtet ist, verfestigtes erstes Medium zu zerkleinern oder aufzulockern.In all embodiments, an agitator or a stirrer may be provided, which is particularly suitable or adapted to comminute or loosen solidified first medium.

[0078] In allen Ausführungsformen kann das zweite Medium schwimmend oder aufliegend auf dem ersten Medium angeordnet sein, wobei sich diese Konfiguration selbsttätigt durch Dichteunterschiede einstellt. Darüber hinaus liegen die beiden Medien bevorzugt als Zweiphasensystem vor, wobei eine Phase durch das erste Medium und eine zweite Phase durch das zweite Medium gebildet ist. Zwischen den Phasen verläuft die Grenzschicht, sodass die beiden Medien im Wesentlichen waagrecht aufeinander gestapelt im Behälter angeordnet sind.In all embodiments, the second medium can be arranged floating or resting on the first medium, this configuration being adjusted automatically by density differences. In addition, the two media are preferably present as a two-phase system, wherein one phase is formed by the first medium and a second phase by the second medium. Between the phases, the boundary layer runs, so that the two media are arranged substantially horizontally stacked in the container.

[0079] In weiterer Folge wird die Erfindung anhand der Figur weiter beschrieben.The invention will be further described with reference to the figure.

[0080] Fig. 1 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärme speichers umfassend einen Behälter 1.Fig. 1 shows a possible embodiment of a heat storage according to the invention comprising a container. 1

[0081] Falls nicht anders angegeben, können gegebenenfalls folgende Merkmale vorgesehen sein: Behälter 1, erstes Medium 2, zweites Medium 3, erster Wärmetauscher 4, zweiter Wärmetauscher 5, Grenzschicht 6, Wärmequelle 7, Wärmesenke 8, Wärmeabgabestrecke 9, erster Wärmetauscherabschnitt 10, zweiter Wärmetauscherabschnitt 11, Wärmeeintragsmedium 12, Wärmetauscherkanal 13, Wärmeisolierung 14, Ausgleichsvorrichtung 15.Unless indicated otherwise, the following features may optionally be provided: container 1, first medium 2, second medium 3, first heat exchanger 4, second heat exchanger 5, boundary layer 6, heat source 7, heat sink 8, heat dissipation section 9, first heat exchanger section 10, second heat exchanger section 11, heat input medium 12, heat exchanger channel 13, heat insulation 14, equalizer 15.

[0082] Der Behälter kann als herkömmlicher Pufferspeicherbehälter ausgebildet sein. Beispielsweise umfasst der Behälter eine Wand, die beispielsweise aus Metall oder Kunststoff besteht bzw. Metall oder Kunststoff enthält. Insbesondere ist, wie bei herkömmlichen Pufferspeichern, auf die Korrosionsbeständigkeit des Behälters zu achten. In der Behälterwand sind bevorzugt mehrere, bevorzugt verschließbare Öffnungen vorgesehen. Durch diese Öffnungen können beispielsweise Wärmetauscher 4, 5 bzw. ein oder mehrere Wärmetauscherkanäle 13 in den Innenraum des Behälters geführt sein.The container may be formed as a conventional buffer storage container. For example, the container comprises a wall, which consists for example of metal or plastic or contains metal or plastic. In particular, as with conventional buffers, pay attention to the corrosion resistance of the container. In the container wall preferably a plurality of preferably closable openings are provided. For example, heat exchangers 4, 5 or one or more heat exchanger channels 13 can be guided into the interior of the container through these openings.

[0083] Bevorzugt umfasst der Behälter 1 eine Wärmeisolierung 14. Diese kann beispielsweise durch eine außenliegende Schaumstoffverkleidung des Behälters gebildet sein.Preferably, the container 1 comprises a heat insulation 14. This may be formed, for example, by an external foam covering of the container.

[0084] In der vorliegenden Ausführungsform ist der erste Wärmetauscher als Rohrwärmetauscher ausgebildet. Das Rohr tritt im Bereich der Grenzschicht 6 und/oder entfernt von der Grenzschicht in den Behälter 1 ein. Ferner erstreckt sich das Rohr bevorzugt von dem Bereich der Grenzschicht 6 in den unteren Bereich, um in einem entfernt von der Grenzschicht liegenden Bereich, insbesondere in einem unterhalb der Grenzschicht liegenden Bereich, wieder auszutreten. Bevorzugt tritt das Rohr oberhalb der Grenzschicht 6 ein in den Behälter ein, womit es zumindest teilweise durch das zweite Medium geführt ist. Gegebenenfalls oder alternativ tritt das Rohr unterhalb der Grenzschicht 6 in den Behälter ein, sodass es entfernt von dem zweiten Medium 3 in das erste Medium 2 geführt ist. Gegebenenfalls ist ein Mittenbereich des Rohres oder des ersten Wärmetauschers 4 durch die Grenzschicht in das zweite Medium 3 geführt. Gegebenenfalls liegt der gesamte erste Wärmtauscher 4 entfernt von dem zweiten Medium 3.In the present embodiment, the first heat exchanger is formed as a tube heat exchanger. The tube enters the container 1 in the region of the boundary layer 6 and / or away from the boundary layer. Furthermore, the tube preferably extends from the region of the boundary layer 6 into the lower region, in order to emerge again in a region remote from the boundary layer, in particular in a region located below the boundary layer. Preferably, the tube enters above the boundary layer 6 into the container, whereby it is at least partially guided by the second medium. Optionally, or alternatively, the tube enters the container below the boundary layer 6, so that it is guided away from the second medium 3 into the first medium 2. Optionally, a central region of the tube or of the first heat exchanger 4 is guided through the boundary layer into the second medium 3. Optionally, the entire first heat exchanger 4 is remote from the second medium third

[0085] Gegebenenfalls ist der zweite Wärmetauscher 5 als Rohrwärmetauscher ausgebildet. Das Rohr ist durch die Wand des Behälters 1 in dessen Innenraum geführt. Bevorzugt ist das Rohr im Bereich der Grenzschicht 6 in das zweite Medium 3 geführt. Bevorzugt ist der gesamte zweite Wärmetauscher 5 beabstandet von dem ersten Medium 2 angeordnet.Optionally, the second heat exchanger 5 is formed as a tube heat exchanger. The tube is guided through the wall of the container 1 in its interior. Preferably, the tube is guided in the region of the boundary layer 6 in the second medium 3. Preferably, the entire second heat exchanger 5 is arranged at a distance from the first medium 2.

[0086] Ferner umfasst die vorliegende Ausführungsform des Wärmespeichers bevorzugt eine Ausgleichsvorrichtung 15. Diese Ausgleichsvorrichtung kann beispielsweise als herkömmliches Ausdehnungsgefäß ausgebildet sein. Das Ausdehnungsgefäß bzw. die Ausgleichsvorrichtung kann innerhalb des Behälters, außerhalb des Behälters oder überscheidend ausgebildet sein, sodass sie teilweise innerhalb und teilweise außerhalb des Behälters liegt.Furthermore, the present embodiment of the heat accumulator preferably comprises a compensating device 15. This compensating device can be designed, for example, as a conventional expansion vessel. The expansion tank or the compensation device may be formed inside the container, outside the container or overlying, so that it lies partially inside and partly outside of the container.

Claims (11)

Patentansprücheclaims 1. Wärmespeicher umfassend: einen Behälter (1), ein in dem Behälter (1) vorgesehenes erstes Medium (2) zum Speichern und/oder zum Transport von Wärme, ein in dem Behälter vorgesehenes zweites Medium (3) zum Speichern und/oder zum Transport von Wärme, einen ersten Wärmetauscher (4), der zumindest mit dem ersten Medium (2) in Kontakt steht, sodass bei Vorliegen einer Temperaturdifferenz ein Wärmestrom zwischen dem ersten Medium (2) und dem ersten Wärmetauscher (4) erfolgt, einen zweiten Wärmetauscher (5), der zumindest mit dem zweiten Medium (3) in Kontakt steht, sodass bei Vorliegen einer Temperaturdifferenz ein Wärmestrom zwischen dem zweiten Medium (3) und dem zweiten Wärmetauscher (5) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Medium (2) eine höhere Dichte aufweist als das zweite Medium (3), dass das zweite Medium (3) im Betriebstemperaturbereich im flüssigen Aggregatzustand vorliegt, dass das erste Medium (2) ein Phasenwechselspeichermedium ist, dessen Phasenwechselpunkt zwischen flüssigem und festem Aggregatzustand im Betriebstemperaturbereich des Wärmespeichers liegt, dass die beiden Medien (2, 3), also das erste Medium (2) und das zweite Medium (3), zwei ineinander nicht lösbare Stoffe sind, und dass die beiden Medien (2, 3) direkt aneinander anliegend als Zweiphasensystem im Behälter (1) angeordnet sind.A heat storage device comprising: a container (1), a first medium (2) provided in the container (1) for storing and / or transporting heat, a second medium (3) provided in the container for storing and / or storing Transport of heat, a first heat exchanger (4) which is in contact at least with the first medium (2), so that in the presence of a temperature difference, a heat flow between the first medium (2) and the first heat exchanger (4), a second heat exchanger (5), which is in contact at least with the second medium (3), so that in the presence of a temperature difference, a heat flow between the second medium (3) and the second heat exchanger (5), characterized in that the first medium (2) has a higher density than the second medium (3), that the second medium (3) is present in the operating temperature range in the liquid state of matter that the first medium (2) is a phase change storage medium whose phase change elpunkt between liquid and solid state of aggregation in the operating temperature range of the heat storage is that the two media (2, 3), ie the first medium (2) and the second medium (3), two substances are not soluble in each other, and that the two media ( 2, 3) are arranged directly adjacent to each other as a two-phase system in the container (1). 2. Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Medium (2) und dem zweiten Medium (3) eine Grenzschicht (6) gebildet ist, und dass bei Vorliegen einer Temperaturdifferenz ein Wärmestrom zwischen dem ersten Medium (2) und dem zweiten Medium (3) über die Grenzschicht (6) hinweg erfolgt.2. Heat storage according to claim 1, characterized in that between the first medium (2) and the second medium (3) an interface layer (6) is formed, and that in the presence of a temperature difference, a heat flow between the first medium (2) and the second medium (3) over the boundary layer (6) across takes place. 3. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der beiden Medien (2, 3) ein Phasenwechselspeichermedium ist, dessen Phasenwechselpunkt im Betriebstemperaturbereich des Wärmespeichers liegt.3. Heat storage according to one of claims 1 or 2, characterized in that at least one of the two media (2, 3) is a phase change storage medium whose phase change point is in the operating temperature range of the heat storage. 4. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Medium (3) Paraffin ist oder enthält.4. Heat storage according to one of claims 1 to 4, characterized in that the first medium (3) is paraffin or contains. 5. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Medium (3) Alkohol wie Ethanol ist oder enthält.5. Heat storage according to one of claims 1 to 4, characterized in that the second medium (3) is alcohol such as ethanol or contains. 6. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmetauscher (4) mit einer Wärmequelle (7) verbunden oder verbindbar ist, sodass ein Wärmeeintrag in den Wärmespeicher über den ersten Wärmetauscher (4) erfolgt.6. Heat storage according to one of claims 1 to 5, characterized in that the first heat exchanger (4) with a heat source (7) is connected or connectable, so that a heat input into the heat storage via the first heat exchanger (4). 7. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmetauscher (5) mit einer Wärmesenke (8) verbunden oder verbindbar ist, sodass eine Wärmeentnahme aus dem Wärmespeicher über den zweiten Wärmetauscher (5) erfolgt.7. Heat accumulator according to one of claims 1 to 6, characterized in that the second heat exchanger (5) with a heat sink (8) is connected or connectable, so that a heat removal from the heat accumulator via the second heat exchanger (5). 8. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmetauscher (4) in das erste Medium (2) und zumindest teilweise auch in das zweite Medium (3) ragt, sodass bei Vorliegen einer Temperaturdifferenz ein Wärmestrom vom ersten Wärmetauscher (4) direkt in beide Medien (2,3) erfolgt.8. heat storage according to one of claims 1 to 7, characterized in that the first heat exchanger (4) in the first medium (2) and at least partially into the second medium (3) protrudes, so that in the presence of a temperature difference, a heat flow from the first Heat exchanger (4) takes place directly in both media (2,3). 9. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmetauscher (5) entfernt von dem ersten Medium (2) angeordnet ist oder entfernt von dem ersten Medium (2) in das zweite Medium (3) ragt, sodass keine direkte Berührung zwischen dem zweiten Wärmetauscher (5) und dem ersten Medium (2) gegeben ist.9. Heat storage according to one of claims 1 to 8, characterized in that the second heat exchanger (5) remote from the first medium (2) is arranged or remote from the first medium (2) in the second medium (3) protrudes, so no direct contact between the second heat exchanger (5) and the first medium (2) is given. 10. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmetauscher einen von einem Wärmetauschermedium (12) durchströmten ersten Wärmetauscherkanal (13) umfasst und insbesondere als in den Behälter (1) ragender Rohrwärmetauscher ausgebildet ist.10. Heat storage according to one of claims 1 to 9, characterized in that the first heat exchanger comprises a heat exchanger medium (12) through which flows first heat exchanger channel (13) and in particular as in the container (1) projecting tube heat exchanger is formed. 11. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmetauscher (4) eine Wärmeabgabestrecke (9) umfasst, entlang derer Wärme von dem ersten Wärmetauscher (4) an die Wärmespeichermedien (2, 3) abgegeben wird, so-dass ein den ersten Wärmetauscher durchströmendes Wärmetauschermedium (12) zuerst einen ersten Wärmetauscherabschnitt (10) und dann einen zweiten Wärmetauscherabschnitt (11) durchströmt, und dass der erste Wärmetauscherabschnitt (10) zumindest teilweise in das zweite Medium (3) ragt oder mit dem zweiten Medium in Kontakt steht. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen11. A heat accumulator according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the first heat exchanger (4) comprises a heat discharge path (9), along which heat from the first heat exchanger (4) to the heat storage media (2, 3) is discharged, so in that a heat exchanger medium (12) flowing through the first heat exchanger first flows through a first heat exchanger section (10) and then a second heat exchanger section (11), and that the first heat exchanger section (10) projects at least partially into the second medium (3) or with the second Medium is in contact. For this 1 sheet drawings
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